|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Асимптотичний аналіз моделі
самонагрівання вугілля. Можливості прогнозу пожежонебезпеки. Э.П. Фельдман1,
Н.А. Калугина1, О.В. Чеснокова1 1Інститут фізики гірничих процесів Національної
академії наук України, м. Дніпро, Україна *Відповідальний автор: e-mail: chesnokova0507@gmail.com 1Институт физики горных
процессов НАН Украины, 49600, г. Днепр, ул. Симферопольская, 2-а. Физико-технические
проблемы горного производства, 2019, (21), 106-115. https://doi.org/10.37101/ftpgp21.01.004 ABSTRACT(IN UKRAINIAN) Мета.
Дослідження процесів самонагрівання ділянки вугільного масиву, віддаленої від
вибою, на основі асимптотичного аналізу
математичної моделі, що враховує випадок щільного контакту вугілля з породою
на великих глибинах розташування пласта і умов, коли теплота хімічної реакції
окислення вугілля передається в навколишнє середовище (уміщальні
породи) тільки за механізмом теплопровідності. Методика. Робота виконана на основі теоретичних
досліджень, що включають методи термодинаміки, статистичної фізики,
асимптотичного аналізу. Результати. Аналіз кінетики теплопереносу у вугільному пласті дозволив дослідити
процес його самонагрівання і виявити, що при розігріві приконтактної ділянки
породи тепловий потік з вугілля зменшується і тому температура вугілля
зростає настільки, що зникає стаціонарний режим. Іншими словами, температура
вугілля зростає, хоча і повільно, але необмежено, і вихід на режим постійної
температури відсутній при всіх значеннях коефіцієнта тепловіддачі і
температуропровідності породи. Наукова новизна. Вперше досліджено теоретичну модель
самонагрівання вугілля в компактному масиві, коли теплота хімічної реакції
окислення вугілля передається в навколишнє середовище (уміщальні
породи) тільки за механізмом теплопровідності., тобто відсутній конвективний і випромінювальний теплообміни.
Новим в розробці цієї моделі є врахування тієї обставини, що уміщальні породи розігріваються поблизу поверхні їх
контакту з вугіллям. Густина теплового потоку з вугілля в породу
визначається, за законом Ньютона, різницею приконтактних температур вугілля і
породи, а не різницею температур вугілля і усередненої температури оточуючих
порід, як це робилося раніше. Практична значимість. Отримані
результати дозволяють оцінити ступінь впливу та пріоритетність параметрів і
характеристик динаміки самонагрівання, а також визначити тривалість цього
процесу, зокрема час досягнення критичної температури самозаймання вугілля у
пожежонебезпечній ділянці пласта. Ключові
слова: вугілля,
кисень, самонагрівання, самозаймання, пожежа. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Фельдман, Е.П., Калугіна,
Н.О., & Чеснокова, О.В. (2018) Математична модель теплопереносу у вугільному пласті на великих глибинах. Фізико-технічні проблеми гірничого
виробництва, (20), 9-14. 2. Глузберг Е.Н. (1986). Теоретические основы
прогноза и профилактики шахтных эндогенных пожаров. Москва: Недра. 3. Sian
Zhang, Ting Ren, Yuntao Liang,
& Zhongwei Wang. (2016). A review on numerical
solution to self-heating of coal stockpile: mechanism, theoretical basis, and variable
study. Fuel. (102), 80-109. DOI:10.3892/mmr.2015.3167 4. Веселовский
В.С., Виноградова Л.П., Орлеанская Г.Л. (1972). Физические
основы самовозгорания угля и руд. Москва:
Наука. 5. Захаров Е.И., Качурин Н.М. (2010). Самовозгорание
углей. Монография. Тула: ТулГу. 6. Фельдман, Э.П., & Старикова, И.Г. (2013). Самонагревание
угольного пласта в условиях
затрудненного доступа кислорода. Химия твердого топлива, (1), 16-23. DOI: 10.7868/S0023117713010039 7. Alexeev,
A.D., Feldman, E.P., & Vaselenko, T.A.
(2010). Kinetics of
methane desorption from coal nano-and mesostructures. Energy
and Fuels, (24),
4375-4379. DOI: 10.1021/ef1004896 8. Араманович
И.Г, Левин В.И. (1969). Уравнения математической физики, Москва: Наука. 9. Щербань А.Н., Кремнев О.А. (1951). Исследование
коэффициентов теплопроводности
в моделях горных выработок, Киев: Из-во АН УССР. 10. Hooman,
K., & Maas, U. (2014). Theoretical
analysis of stockpile self-heating. Fire Safety Journal, (67), 107-112. DOI: 10.1016/j.firesaf.2014.05.011 11. Zarrouk,
S.J., & O'Sallivan, M.J. (2006). Self-heating
of coal; The diminishing reaction rate. Chemical Engineering Journal, (119), 83-92. DOI: 10.1615/HeatTransRes.2018020029 12. Ran
V.K. Singh. (2013). Spontaneous
heating and fire in coal
mines. Procedia Engineering, (62), 78-90. DOI: 10.1016/j.proeng.2013.08.046 REFERENCES 1. Feldman, Е.P., Kalugina, Т.О., & Chesnokova, О.М. (2018) Matematychna
modelʹ teploperenosu
u vuhilʹnomu plasti na velykykh hlybynakh.
Fizyko-tekhnichni problemy
hirnychoho vyrobnytstva,
(20), 9-14. 2. Gluzberg Ye.N. (1986). Teoreticheskiye osnovy prognoza i profilaktiki shakhtnykh endogennykh pozharov. Moskva:
Nedra. 3. Sian
Zhang, Ting Ren, Yuntao Liang,
& Zhongwei Wang. (2016). A review on numerical
solution to self-heating of coal stockpile: mechanism, theoretical basis, and variable
study. Fuel. (102), 80-109. DOI:10.3892/mmr.2015.3167 4. Veselovskiy
V.S., Vinogradova L.P., Orleanskaya
G.L. (1972). Fizicheskiye osnovy
samovoz-goraniya uglya i rud. Moskva: Nauka. 5. Zakharov
Ye.I., Kachurin N.M.
(2010). Samovozgoraniye ugley.
Monografiya. Tula: TulGu. 6. Feldman,
E.P., & Starikova, I.G. (2013). Samonagrevaniye ugol'nogo plasta v usloviyakh za-trudnennogo dostupa kisloroda. Khimiya tverdogo topliva, (1), 16-23.
DOI: 10.7868/S0023117713010039 7. Alexeev,
A.D., Feldman, E.P., & Vaselenko, T.A.
(2010). Kinetics of
methane desorption from coal nano-and mesostructures. Energy
and Fuels, (24),
4375-4379. DOI: 10.1021/ef1004896 8. Aramanovich
I.G, Levin V.I. (1969). Uravneniya
matematicheskoy fiziki, Moskva: Nauka. 9. Shcherban'
A.N., Kremnev O.A. (1951). Issledovaniye
koeffitsiyentov teploprovodnosti
v mo-delyakh gornykh vyrabotok, Kiyev: Iz-vo AN USSR. 10. Hooman,
K., & Maas, U. (2014). Theoretical
analysis of stockpile self-heating. Fire Safety Journal, (67), 107-112. DOI: 10.1016/j.firesaf.2014.05.011 11. Zarrouk,
S.J., & O'Sallivan, M.J. (2006). Self-heating
of coal; The diminishing reaction rate. Chemical Engineering Journal, (119), 83-92. DOI: 10.1615/HeatTransRes.2018020029 12. Ran
V.K. Singh. (2013). Spontaneous
heating and fire in coal
mines. Procedia Engineering, (62), 78-90. DOI: 10.1016/j.proeng.2013.08.046
|
||||||||||||||||||||
